Le conseil d'administration du McKnight Endowment Fund for Neuroscience est heureux d'annoncer qu'il a sélectionné six neuroscientifiques pour recevoir le prix McKnight Scholar Award 2022.
Les prix McKnight Scholar sont décernés à de jeunes scientifiques qui en sont aux premiers stades de la création de leurs propres laboratoires indépendants et de leurs carrières de recherche et qui ont démontré un engagement envers les neurosciences. « Les boursiers de cette année illustrent la créativité et la sophistication technique des meilleurs jeunes neuroscientifiques d'aujourd'hui de partout au pays », a déclaré Richard Mooney, PhD, président du comité des prix et professeur George Barth Geller de neurobiologie à la Duke University School of Medicine.
"En tirant parti des approches de la biologie structurelle, de l'optique, de la génétique, de la physiologie, du calcul et du comportement, les chercheurs cherchent à mieux comprendre des sujets allant de la biophysique de la signalisation neuronale à la structure à grande échelle des circuits neuronaux, et à élucider la base neuronale de décision fabrication, traitement sensoriel et vol », a déclaré Mooney. « Au nom de tout le comité, je félicite tous les candidats pour leurs efforts impressionnants à la pointe de la recherche en neurosciences.
Depuis l'introduction du prix en 1977, ce prestigieux prix de début de carrière a financé plus de 250 chercheurs innovants et stimulé des centaines de découvertes révolutionnaires. Chacun des lauréats suivants du McKnight Scholar Award recevra $75,000 par an pendant trois ans.
| Christine Constantinople, Ph.D. L'Université de New York New York, NY |
Mécanismes d'inférence des circuits neuronaux – Rechercher comment les modèles internes du monde sont représentés dans le cerveau et comment ces représentations contribuent à la prise de décision, en particulier lorsqu'un individu entre dans un environnement nouveau et complexe. |
| Bradley Dickerson, Ph.D. université de Princeton Princeton, New Jersey |
Rétroaction proportionnelle-intégrale dans un 'gyroscope' biologique – Examiner comment la mouche des fruits utilise la rétroaction mécanosensorielle de ses ailes et de ses haltères gyroscopiques spécialisés pour maintenir un vol stable et manœuvrer rapidement lorsqu'elle navigue dans des environnements complexes, et comment ce processus se déroule à l'échelle neurale et à l'échelle du corps entier. |
| Markita Landry, Ph. D. Université de Californie, Berkeley Berkeley, Californie |
Éclairer la signalisation de l'ocytocine dans le cerveau avec des nanocapteurs fluorescents dans le proche infrarouge - Construire et déployer des capteurs optiques capables de détecter en temps réel la présence du neuropeptide ocytocine, et utiliser ces capteurs pour aider à mieux diagnostiquer les déséquilibres chimiques dans le cerveau. |
| Lauren Orefice, Ph.D. Hôpital général du Massachusetts / École de médecine de Harvard Boston, MA |
Développement, fonction et dysfonctionnement des systèmes somatosensoriels et viscérosensoriels dans les troubles du spectre autistique – Rechercher le rôle du dysfonctionnement sensoriel périphérique en tant que contributeur aux phénotypes de TSA et rechercher des thérapies qui rétablissent le fonctionnement normal de ces systèmes périphériques pour améliorer ces phénotypes. |
| Kanaka Rajan, Ph.D. École de médecine Icahn au mont Sinaï New York, NY |
Modèles de réseaux neuronaux multi-échelles pour déduire des motifs fonctionnels dans le cerveau - Construire de nouveaux modèles informatiques qui relient la connectivité, la dynamique et le comportement neuronaux à l'aide d'ensembles de données provenant de plusieurs organismes (par exemple, le poisson zèbre, les mouches des fruits, les souris) et utiliser ces modèles pour découvrir des motifs fonctionnels universels qui relient la structure et la fonction cérébrales d'une espèce à l'autre. |
| Weiwei Wang, Ph.D. Centre médical du sud-ouest de l'Université du Texas Dallas, Texas |
Comprendre la construction et la fonction des assemblages post-synaptiques glycinergiques - Étudier la structure moléculaire et la fonction du récepteur de la glycine, une classe majeure de récepteurs inhibiteurs dans le cerveau, comment les récepteurs synaptiques sont organisés sur la surface neurale et comment des grappes denses de ces récepteurs permettent la signalisation synaptique entre les neurones. |
Il y avait 53 candidats pour les McKnight Scholar Awards de cette année, représentant la meilleure jeune faculté de neurosciences du pays. Les professeurs ne sont éligibles au prix que pendant leurs quatre premières années dans un poste de professeur à temps plein. En plus de Mooney, le comité de sélection des Scholar Awards comprenait Gordon Fishell, Ph.D., Harvard University; Mark Goldman, Ph.D., Université de Californie, Davis ; Kelsey Martin, MD, Ph.D., Fondation Simons ; Jennifer Raymond, Ph.D., Université de Stanford; Vanessa Ruta, Ph.D., Université Rockefeller; et Michael Shadlen, MD, Ph.D., Université Columbia.
Le calendrier des candidatures pour les prix de l'année prochaine sera disponible début septembre. Pour plus d'informations sur les programmes de récompenses en neurosciences de McKnight, veuillez visiter le Site Internet du Fonds de dotation.
À propos du Fonds de dotation McKnight pour les neurosciences
Le McKnight Endowment Fund for Neuroscience est une organisation indépendante financée uniquement par la Fondation McKnight de Minneapolis, Minnesota, et dirigée par un conseil de neuroscientifiques éminents de partout au pays. La Fondation McKnight soutient la recherche en neurosciences depuis 1977. La Fondation a créé le Fonds de dotation en 1986 pour réaliser l'une des intentions du fondateur William L. McKnight (1887-1979). L'un des premiers dirigeants de la société 3M, il s'intéressait personnellement aux maladies de la mémoire et du cerveau et voulait qu'une partie de son héritage soit utilisée pour aider à trouver des remèdes. Le Fonds de dotation attribue trois types de récompenses chaque année. En plus des McKnight Scholar Awards, ce sont les McKnight Technological Innovations in Neuroscience Awards, qui fournissent des capitaux de démarrage pour développer des inventions techniques pour améliorer la recherche sur le cerveau; et le McKnight Neurobiology of Brain Disorders Awards, pour les scientifiques travaillant à appliquer les connaissances issues de la recherche translationnelle et clinique aux troubles du cerveau humain.
Bourses d'études McKnight 2022
Christine Constantinople, Ph.D.., Professeur adjoint, New York University Center for Neural Science, New York City, NY
Mécanismes d'inférence des circuits neuronaux
Le cerveau animal est merveilleusement bien adapté pour prendre des décisions basées sur l'inférence - une compréhension du fonctionnement du monde qui aide à déterminer s'il faut ou non entreprendre une action donnée dans une situation donnée. Si un animal a un « modèle » interne du monde, une décision peut être prise sur la base de ce modèle. Mais comment les neurones en viennent-ils à représenter les choses du monde ? Quels circuits et processus réels sont impliqués ? Et dans un monde dynamique, où des choix doivent être faits avec des informations incomplètes ou non reconnues, comment les animaux décident-ils comment placer un « pari » sur la meilleure action ?
Dans ses recherches, le Dr Constantinople travaille avec un modèle de rat pour découvrir quelles parties du cerveau sont impliquées dans la déduction de choses sur le monde, et les différences neurologiques entre prendre une décision cognitive dans un environnement incertain ou se replier sur une action habituelle. L'expérience consiste à attendre une récompense en eau connue, ou à «se retirer» dans l'espoir que la prochaine récompense offerte en vaille la peine. Il existe différents montants de récompense, et ils sont présentés selon un modèle qui permet au rat de construire un modèle de la gamme de résultats à attendre, bien qu'il ne puisse pas en être certain, car certaines des récompenses sont ambiguës quant à l'état de la tâche.
En surveillant l'activité cérébrale dans plusieurs régions et dans des projections spécifiques pendant des périodes prévisibles et imprévisibles et les transitions entre elles, et en inactivant des régions cérébrales et des voies neuronales spécifiques dans différents essais, le Dr Constantine propose d'identifier les mécanismes impliqués dans l'inférence. Elle propose que différents processus soient impliqués lors du choix d'une action basée sur un modèle mental par rapport à des décisions sans modèle ; que différents noyaux thalamiques codent séparément les récompenses et l'histoire du rat ; et que le cortex orbitofrontal (OFC) intègre ces deux entrées qui se chevauchent mais distinctes pour déduire des états inconnus. Ce travail peut aider de futures recherches impliquant des conditions, telles que la schizophrénie ou le trouble obsessionnel-compulsif, dans lesquelles les personnes atteintes semblent avoir un modèle interne altéré du monde pour aider à guider le comportement.
Bradley Dickerson, Ph.D., Professeur adjoint, Princeton Neuroscience Institute, Princeton University, Princeton, NJ
Rétroaction proportionnelle-intégrale dans un 'gyroscope' biologique
Le système nerveux collecte et agit sur les informations entrantes en quelques millisecondes - parfois avec des réflexes câblés, parfois avec intention. Mais étudier comment ces signaux affectent le mouvement chez un animal vivant présente des défis. Il y a eu des travaux au niveau des neurones individuels, ainsi qu'à l'échelle du mouvement du corps entier. Le Dr Dickerson propose de relier ces différentes échelles et de résoudre également le niveau de contrôle des mouches des fruits sur certains assemblages musculaires des ailes grâce à une expérience qui étudie les organes mécano-sensoriels spécialisés propres aux mouches connues sous le nom de halteres.
Les licols détectent les forces de rotation affectant la mouche et fournissent des instructions involontaires directement aux muscles des ailes pour compenser, agissant comme une sorte de gyroscope automatique. Mais dans des recherches antérieures, le Dr Dickerson a montré que le haltere peut également activer des actions précises de direction des ailes en l'absence de rotations, répondant aux instructions de contrôle actif du cerveau. Dans ses nouvelles recherches, il explorera les motifs de contrôle des manœuvres de vol lorsque les mouches sont exposées à des entrées sensorielles. Ces mouches sont attachées dans une arène et surveillées par un microscope à épifluorescence qui peut détecter l'activité neuronale dans les muscles haltères. Dans des expériences distinctes, un microscope à deux photons au-dessus de la mouche surveillera l'activité cérébrale, avec une caméra en dessous pour suivre le mouvement des ailes. Des stimuli visuels apparaissent avant la volée, provoquant des événements de direction et permettant au Dr Dickerson d'observer à plusieurs échelles comment le mouvement se produit.
Le Dr Dickerson propose que le haltere ait des mécanismes de contrôle séparés qui peuvent être recrutés pendant les perturbations pour offrir à la mouche un contrôle maximal. Dans le jargon de l'ingénierie des contrôles, il pense que le haltere peut réagir à la fois à une rétroaction proportionnelle (la taille d'une perturbation) et intégrale (comment la perturbation change avec le temps) - une plus grande sophistication qu'on ne le croyait auparavant. Au-delà de cela, il espère documenter comment tous ces systèmes fonctionnent ensemble, en apprenant quels neurones envoient quels signaux à quels muscles, et comment cela conduit à des mouvements spécifiques - créant un modèle de la façon dont les cerveaux, les neurones et les muscles communiquent qui peut faire progresser notre compréhension de comment le mouvement est contrôlé.
Markita Landry, Ph. D., Professeur adjoint, Université de Californie – Berkeley, Département de génie chimique et biomoléculaire, Berkely, CA
Éclairer la signalisation de l'ocytocine dans le cerveau avec des nanocapteurs fluorescents dans le proche infrarouge
On pense que les déséquilibres chimiques dans le cerveau sont associés à un large éventail de troubles neurologiques chez l'homme, mais il est actuellement impossible de voir quels produits chimiques sont présents dans un cerveau avec une précision cellulaire. Dans ses recherches, la Dre Landry cherche à créer un nanocapteur capable de détecter l'ocytocine, l'un d'une classe de neuropeptides censés jouer un rôle dans la modulation de l'humeur et du comportement, et ainsi permettre des recherches qui peuvent aider à confirmer le rôle des neuropeptides dans la vie quotidienne. vie, et plus précisément diagnostiquer les déséquilibres neurochimiques pouvant entraîner des troubles de santé mentale.
Les travaux du Dr Landry portent sur la création de « sondes optiques » – de minuscules nanotubes de carbone avec un peptide lié à la surface qui devient fluorescent dans le proche infrarouge en présence d'ocytocine. Cette fluorescence peut être détectée avec une grande précision sur une échelle de temps de la milliseconde, permettant aux chercheurs de voir exactement où et quand elle est présente dans un cerveau, et ainsi d'identifier dans quelles conditions la libération d'ocytocine pourrait être altérée (et donc traitable) dans l'humeur, le comportement et la vie sociale. troubles. Le Dr Landry a créé des sondes similaires pour la sérotonine et la dopamine, mais la création d'une nouvelle sonde pour l'ocytocine permettra non seulement des recherches sur ses effets sur le cerveau, mais aussi sur toute une classe de neuropeptides similaires.
Fait important, ces nanotubes peuvent être introduits dans le tissu cérébral de manière externe ; la fluorescence n'est pas le résultat d'un codage génétique, elle peut donc être utilisée sur des animaux non modifiés. Parce qu'ils émettent de la lumière dans le proche infrarouge, il est possible que la lumière puisse être détectée à travers le crâne, ce qui permettrait une perturbation minimale des sujets. Dans l'expérience du Dr Landry, le développement des nanocapteurs et des détecteurs sera validé par des tests in vitro utilisant des tranches de cerveau, et finalement appliqué in vivo, après quoi il sera déterminé si l'imagerie à travers le crâne est possible. Avec ces capteurs comme outil, le Dr Landry espère contribuer à améliorer le diagnostic des troubles neurologiques et ainsi déstigmatiser et améliorer le traitement de bon nombre de ces affections.
Lauren Orefice, Ph.D., Hôpital général du Massachusetts / École de médecine de Harvard, Boston, MA
Développement, fonction et dysfonctionnement des systèmes somatosensoriels et viscérosensoriels dans les troubles du spectre autistique
Le trouble du spectre autistique (TSA) est un trouble neurologique très répandu mais très complexe, souvent associé à des altérations du comportement social. Dans de nombreux cas, le TSA est associé à certains changements génétiques et s'accompagne souvent de certaines comorbidités, dont certaines des plus courantes incluent l'hypersensibilité au toucher et une gamme de problèmes gastro-intestinaux.
On pensait traditionnellement que le TSA était causé uniquement par des anomalies du cerveau, mais dans ses recherches, le Dr Orefice a découvert que des altérations des neurones sensoriels périphériques contribuaient au développement de symptômes de TSA chez la souris, y compris une hypersensibilité au toucher de la peau et une altération comportements sociaux. Sa recherche actuelle se concentrera sur la question de savoir si les neurones sensoriels périphériques des ganglions de la racine dorsale (DRG) qui détectent les stimuli dans le tractus gastro-intestinal sont également anormaux dans les modèles murins de TSA, et si cela contribue à des problèmes gastro-intestinaux comme une augmentation de la douleur gastro-intestinale qui sont remarquablement courantes chez TSA.
Les travaux du Dr Orefice ont identifié que l'hypersensibilité au toucher au cours du développement entraîne des changements dans les comportements sociaux chez les souris adultes. Comme les humains, de nombreux aspects des comportements sociaux des souris impliquent le sens du toucher. Dans un deuxième volet de sa recherche, la Dre Orefice espère comprendre comment les altérations du développement des circuits somatosensoriels dues au dysfonctionnement des neurones sensoriels périphériques entraînent des changements dans les circuits cérébraux connectés qui régulent ou modifient les comportements sociaux.
Enfin, la Dre Orefice se concentrera sur la traduction de ses découvertes issues d'études précliniques sur la souris pour comprendre les problèmes sensoriels associés aux TSA chez l'homme. Le Dr Orefice testera d'abord si les approches qui réduisent l'excitabilité des neurones sensoriels périphériques peuvent améliorer la surréactivité tactile et les problèmes gastro-intestinaux chez la souris. Elle tirera parti de ces découvertes chez la souris pour mieux comprendre la physiologie humaine à l'aide d'études de cellules cultivées prélevées sur des personnes atteintes de TSA. Les travaux du Dr Orefice visent également à utiliser des études sur des souris et des cellules d'origine humaine pour identifier des composés qui ciblent les neurones sensoriels périphériques comme approche traitable pour améliorer les problèmes sensoriels et les comportements liés aux TSA.
Kanaka Rajan, Ph.D.., Professeur adjoint, Département de neurosciences et Friedman Brain Institute à la Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York City, NY
Modèles de réseaux neuronaux multi-échelles pour déduire des motifs fonctionnels dans le cerveau
Avec l'essor de l'intelligence artificielle (IA) et de l'apprentissage automatique, les neuroscientifiques exploitent ces outils pour créer des modèles informatiques qui peuvent nous aider à comprendre le fonctionnement du cerveau. Mais la grande question est : quel est le bon niveau pour étudier les systèmes neuronaux ? Est-ce au niveau des neurones individuels, des circuits cérébraux, des couches, des régions ou d'une combinaison ?
Le Dr Rajan s'attaque à cette question en exploitant la puissance des modèles basés sur l'IA et en les combinant avec des ensembles de données acquis à partir d'enregistrements chez plusieurs espèces pour créer des représentations meilleures et plus prédictives du cerveau. À l'aide de modèles de réseaux de neurones récurrents (RNN), le Dr Rajan a découvert que le fait de placer davantage de contraintes sur les modèles de calcul entraînait des résultats plus cohérents et des espaces de solutions plus petits et plus robustes. Elle s'est depuis tournée vers le développement de RNN multi-échelles où les contraintes sont des données neuronales, comportementales et anatomiques issues d'expériences réelles, et sont appliquées simultanément. Sa prochaine étape consistera à créer des RNN à plusieurs échelles en utilisant ces données enregistrées à partir de plusieurs espèces bien étudiées en neurosciences - poisson zèbre larvaire, mouches des fruits et souris - pour créer des modèles.
En fin de compte, l'utilisation d'ensembles de données provenant de différentes espèces permettra au Dr Rajan d'identifier des «motifs fonctionnels» et de les utiliser pour découvrir des points communs et des divergences inattendus entre ces systèmes. Ces ensembles communs et discrets de neurones actifs qui sont liés à des comportements et des états similaires, quelle que soit l'espèce, nous aideront à déduire comment les cerveaux fonctionnent à un niveau fondamental sans biais ni attribution de structures telles que des régions cérébrales avec des fonctions spécifiques a priori. Avec les données disponibles, ces modèles peuvent exécuter de nombreux scénarios et identifier les changements de structure ou d'activité neuronale qui entraînent différents résultats comportementaux. Cela a le potentiel de faire la lumière sur les dysfonctionnements neuronaux associés à un large éventail de maladies neuropsychiatriques. Avec l'avènement d'ensembles de données beaucoup plus vastes et plus détaillés en neurosciences, l'accessibilité croissante d'une plus grande puissance de calcul et les progrès des mathématiques et des algorithmes, le Dr Rajan pense que nous sommes à l'aube d'une révolution dans ce que les modèles informatiques et la théorie peuvent nous apprendre sur le cerveau.
Weiwei Wang, Ph.D.., Professeur adjoint, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, TX
Comprendre la construction et la fonction des assemblages post-synaptiques glycinergiques
La façon dont les neurones communiquent entre eux est remarquablement complexe : les neurotransmetteurs sont transmis d'un neurone à l'autre à travers les synapses, signalant aux récepteurs synaptiques du neurone récepteur d'ouvrir et de former des canaux qui permettent aux ions de passer, et ainsi de transmettre un signal électrique. Cependant, si les synapses ne fonctionnent pas ou ne se forment pas, l'altération de ces signaux peut contribuer à des troubles neurologiques. Le Dr Wang cherche à élargir notre compréhension de ces synapses, de leur formation et de leur fonctionnement - en particulier, comment elles organisent les récepteurs synaptiques en grappes et pourquoi il est important que les récepteurs s'assemblent à des concentrations élevées - en étudiant en détail le glycinergique synapse.
Bien qu'assez bien documentée, de nombreuses questions subsistent sur la synapse glycinergique. Il existe un certain nombre de sous-types (dont l'un n'est présent que très tôt dans le développement du cerveau) avec différents rôles et distributions dont la structure n'est pas claire, tout comme le mécanisme par lequel ils réagissent à une protéine d'échafaudage pour former des grappes. Le rôle de la formation dans un cluster est en soi un mystère - il n'est pas clair s'ils doivent être ensemble dans une certaine densité pour fonctionner correctement, et si oui, pourquoi. Chacune de ces inconnues présente un autre point auquel certains dysfonctionnements pourraient provoquer un trouble neurologique, tel qu'une hyperekplexie (appelée «syndrome de sursaut») et éventuellement une douleur inflammatoire.
Le Dr Wang visera systématiquement à en savoir plus sur chacun de ces mystères, en utilisant la cryo-microscopie électronique pour identifier précisément la structure moléculaire de chaque sous-type qui n'a pas encore été résolue et ainsi identifier comment chacun fonctionne ; tester comment l'échafaudage sur lequel les récepteurs de la glycine se regroupent est formé à partir des protéines géphyrine, neuroligine-2 et collybistine ; et enfin tester les récepteurs purifiés sur une membrane artificielle, d'abord isolés, puis liés à l'échafaudage, puis liés à l'échafaudage dans un cluster pour voir comment la fonction change. Alors que des recherches ont été menées sur le fonctionnement des canaux ioniques solitaires, cette étude de l'effet du regroupement peut ouvrir de nouvelles voies de compréhension, puisque les récepteurs synaptiques sont le plus souvent regroupés dans un neurone vivant.
